改善录音控制室声场的原理和方法

李启光

佛山人民广播电台，广东佛山 528315

在设计录音控制室时，首先要确定控制室的体积和形状。为改善房间在低频段的声学特性，应选择体积较大的控制室。因为体积太小的房间，单位频带中的简正模式的个数较少，会使传输频响等声源特性有较大波动，造成声染色。但体积太大会造成造价高等浪费，因此IEC、EBU等组织推荐一般为60m3～150m3左右。

在形状方面，一般为矩形或多边形。如设计成矩形，房间长宽高的比例不能是整数比，以免简正频率的简并， CCIR给出的最佳比是1.9：1.4：1可供参考；如设计成多边形，应沿着立体声扬声器摆放的主轴采用几何对称形式。另外为避免声聚焦，切忌表面设计成凹面。

我们知道，混响是房间的各表面如墙壁、地板、天花等对声音的多次反射引起的，而声音在硬的平行墙面之间反弹会造成颤动回声、驻波和抵消等现象。

1 确定合适的混响时间

混响时间就是声源停止发声后衰减60dB所需的时间，录音师在控制室监听重放的声音包含有控制室的混响加重放声的双重混响。混响过短则听感干涩、不自然；相反，过长则会影响语言清晰度、声像定位模糊。适当的混响听感上觉得自然、丰满。混响时间根据赛宾公式计算得到：

式中，T60：室内的混响时间，以秒（s）为单位；V：容积，以立方米（m3）为单位；S：总表面面积，以平方米（m2）为单位；α：平均吸声系数；m：空气中声波的衰减系数（与空气湿度有关，不同频率也不一样。以1000Hz～8000Hz为例：当湿度为50%时，m值为0.004～0.077）。

混响时间的频率特性：高频段由于容易受空气吸收的缘故，允许高频的混响时间比中频的稍短，而低频段由于吸声较难，故允许低频的混响时间比中频的稍长。国际标准的推荐值：IEC268-13 规定 125Hz～ 4000Hz,平均值 0.3s～0.6s之间 ，小于 125Hz,大于4000Hz的频率允许偏差25%，但不能大于0.8s,中频混响时间为0.4s。

知道了想要获得的混响时间、房间的体积、总表面面积，根据赛宾公式，求得α（平均吸声系数），进而根据此数值和壁面情况来选择吸声材料。

2 吸声材料的铺设

理想的控制室声学环境要求音箱发出的直达声直接到达录音师的位置，不会因反射导致声染色或立体声声像模糊。通过以下方法可以改善房间的声学特性：

1）在音箱附近的墙上钉住或粘贴吸声材料，减少直达声和早期反射声叠加所产生的梳状滤波效应，如此可改善重放的声音，声像定位和纵深感会得到改善，声音更清晰，频响更平直，瞬态响应更好；

2）在侧墙安装吸声材料；

3）在录音师位置上方的天花板上安装吸声材料及扩散体；

4）在房间后部安装多层吸声材料（厚度要达到40cm～50cm）以及扩散体，以消除颤动回声；

5）如果室内低频过多，需要做低频声陷来吸收，在墙角处各放置一个管状低音声陷，可减少驻波。一种简易的制作方法：取一只35加仑～55加仑橡胶桶，用玻璃纤维填满，开口用细薄棉布覆盖。这种管状低音声陷吸收的频率接近1130/2H，H为桶高，单位为英尺（1英尺=0.3048米），如3英尺高的橡胶桶的吸收频率为188Hz。

3 用扩散体来改善控制室声场以及听感

声场扩散的理论来源于德国物理学家、声学专家Schroeder 于1975年发表的二次余数扩散理论。扩散是声场环境重要的组成部分，一个声场扩散不充分的环境，很可能影响到声学计算公式的准确性。为此，我们在塑造声场环境时，把使得声场扩散均匀作为一个重要的建声项目，有利于音质的纯净与提高。

1）扩散体的作用。与光滑反射面相比，扩散体可以有效的避免声聚焦。当声波经过光滑墙面反射后，所有的声能都将沿同一方向反射，其反射方向固定，取决于声源的位置。而当声波经过贴于侧墙和后墙的扩散体表面反射后，声能将被分散反射向不同的方向，且具有不同的相位差。 这些形成的均匀能量的不规则的反射声会使人耳主观产生一种空间感，同时运用在中高频扩散时会提高声音的“明亮”度。其反射方向大致为一个半圆，声能平均扩散。如下图示：

图1 左光滑墙面，右扩散体表面对声音的反射对比

扩散体还有另一个作用，当声源发声，声波经过后墙反射，若反射面为光滑墙面，则某一频段只有固定的反射路径指向录音师的位置。而当反射面为扩散体时，由于声波以半圆方向扩散，则有无数条不同频段的反射路径汇聚在录音师的位置，以此类推，有无数相同性质的汇聚点，这样便无形中扩大了最佳听音区。

2）二次余数扩散体的参数计算。在众多的扩散体中，Schroeder扩散体由于扩散效果好、易于安装而被广泛应用。下面谈谈其中的QRD（Quadratic Residue Diffuser）二次余数扩散体的计算公式：

其中，Sn为以n平方除以N的余数，λ0为扩散中心频率的波长，N为扩散体格子数（必须为质数），h为格子的深度，n=0，1，2，3，4，5，6……。举例:设一个周期内的扩散体格子数N为7，n方除以N得余数为0，1，4，2，2，4，1。然后根据格子深度hn= (λ0/2N)*Sn 来得到一个扩散体的初始模型。

4 结论

在节目前期录音和后期制作中，控制室的重要性不言而喻。良好的声学设计可避免出现声聚焦、回声、声染色、颤动回声、驻波等问题，帮助录音师正确判断声音的质量。我们可通过一系列的声学处理，来控制混响时间、使声场均匀扩散，改善监听音箱的声音，为制作好节目提供优良的建声条件。

[1]Bruce Bart1ett.朱慰中，译.实用录音技术.5版.

[2]Trevor J Cox and Peter D’Antonio.Acoustic Absorbers and Diffusers Theorydesign and app1ication.2版.